CN101714433A - 复合电力电缆导体中心绞合光纤的方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合电力电缆导体中心绞合光纤的方法，它解决了本领域技术人员一直想解决而始终未能解决的光纤置于电缆导体中心的难题，它利用现有框式绞线机，并通过扇形压模将紧压成型的扇形导体单元绞合成圆形分割导体，同时把带不锈钢护套的光纤一起绞入圆形分割导体中心围成的空间内，再在圆形分割导体的外周依次设置半导电屏蔽层、交联聚乙烯绝缘体、绝缘半导电屏蔽层、金属护套和塑料护套，制成复合电力电缆。其工艺流程简单，在不改变现有制造电缆工艺流程的基础上，成功地将带有不锈钢护套的光纤一同绞入缆芯的导体中心，使产成品达到了能准确地实现电缆实际温升的在线测量，最大限度的发挥电缆的传输能力，确保电力电缆线路的安全运行的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种在导体内设置测温光纤的超高压交联聚乙烯绝缘复合电力电缆的加工方法，特别是一种将测温光纤直接设置在复合电力电缆的绞合成型的分割导体中心的复合电力电缆导体中心绞合光纤的方法。该方法主要制备用于在线实时温度检测的发、配、输、变、供电线路中的传输强电电能，且通过的电流大(几十安至几千安)、电压高(66V至500kV及以上)的导体中心设置光纤的超高压交联聚乙烯绝缘复合电力电缆。
背景技术
随着分布式光纤传感技术的发展和应用，电力部门为确保电力电缆线路中的传输强电电能的安全运行，要求利用测温光纤对整个线路中的电缆进行以下安全运行的自动监控：第一、在线实时温度检测，以便对整个线路中的电缆实现运行状态监测，有效地监测电缆在不同负载和不同环境温度下的发热状态，积累历史技术数据，进行载流量限度分析，可以保证在不超过电缆允许运行温度的情况下，最大限度的发挥整个线路中的电缆的传输能力，提高经济效益。第二、老化监测，发现电缆上的局部过热点，及时采取降温措施，延缓电缆老化速度。第三、实时故障监测预警，及时发现电缆运行过程中外界因素导致的破坏等。但因现有超高压交联聚乙烯绝缘复合电力电缆不能把测温光纤放入电缆导体中心，故达不到理想的准确测量电缆导体温度的目的，从而无法满足对整个线路实现运行状态自动监控的要求。
目前国内、外交联聚乙烯电力电缆的测温光纤的设置方法主要有以下两种：
其一是把测温的光纤设置在电缆绝缘层的外面。如日本专利公开号：1990-144810、1994-148001、1994-181013、1994-181014、1994-181015；韩国专利公开号：2003-45864；中国专利申请号02241372.3、200410035010.5、200420021745.8、200420042337.0、200510009338.4、200720158148.3、200810010479.1、200820034047.X等专利文献，所揭示的设置测温光纤的复合电力电缆都是以不同的方法将光纤设置在电缆的外表面，设置在电缆绝缘线芯间的间隙谷区或设置在电缆绝缘层与电缆金属护套之间，贴在电缆绝缘体的表面。通过测量电缆外表面、线芯表面或电缆绝缘体表面的温度来计算电缆导体的温度。绑缚在电缆绝缘体表面的光纤(表贴光纤)由于受到电缆外界环境以及电缆本身绝缘屏蔽层的影响，几乎无法真实地跟踪负载的实时变化情况。交联聚乙烯绝缘电力电缆的导体允许的使用温度设定为90℃，超过这个温度会使聚乙烯软化变形，破坏电缆的绝缘结构；而电缆的使用寿命主要取决于交联聚乙烯材料在高温作用下的老化情况；在理想情况下，光纤应被置于尽可能的靠近电缆导体的位置来更精确地测量电缆的实际温度。但是，为了接近缆芯导体的中心而破坏电缆绝缘层的方法是不实用的。
其二是把测温光纤设置于电缆导体内。光纤置于电缆导体内，特别是导体的中心位置可以更精确地测量电缆的实际温度，这是本领域技术人员一直想解决而始终未能解决的难题。理论上都知道把测温光纤放入电缆导体中心即可达到理想的准确测量电缆导体的温度的目的，但是，实际上很难把这种理想变成现实。其原因就在于现有技术还不具备精确地测量电缆实际温度的必要条件：
条件一、在电缆导体中心内必须预留放置光纤不被变形的固定空间。该预留空间应使电缆的导体在成型的过程中，将带有不锈钢护套的光纤一同置入缆芯的导体中心，还要保证设置光纤后不改变电缆后续成型的所有各道工序、出厂试验以及电缆线路在施工现场铺设中的相关连接，使导体中心预留空间内的光纤不被损坏；
条件二、在施工现场对相邻两段电缆连接时，在导体中心预留空间内的光纤能自由地移动，较容易地连接，且光纤的使用性能不受影响；
条件三、在电缆线路的两端所安装的户外终端或GIS(气体绝缘开关站)终端内，把设置在导体中心预留空间内的处在高电位的光纤顺利地引到地电位，并很容易地从终端绝缘套管内引出到终端外部与测试箱的光纤连接。
中国专利申请号200710172197.7公开了一种“复合光纤的高压电力电缆”，它是在电缆导体内设置一个通道或多个通道，通道是由导管维护，导管为金属材料和塑料制成，外层为金属，内层为塑料。在通道内设置光纤，光纤的长度大于通道的长度。光纤在通道内呈螺旋型或蛇形分布。这种方法在《电力系统通信》(2002.3)的“电力架空电缆”一文中已有介绍，并在电力架空光缆的“光纤复合地线”及“光纤复合相线”等光缆上已在有条件地应用。放置在通道内的光纤虽然可以在一定程度上提高测温准确的问题，但是由于它改变了电缆导体的结构，使导体成型的绞线工艺变得复杂；在制备相同规格要求的导体截面时，因通道占用了部分导体的空间，故使得绞制成型的导体外径增大。为了满足电缆在制造及铺设过程中的弯曲需要，传统的交联聚乙烯绝缘电力电缆的导体一般由直径很小的圆单线经过多层绞合成型为不同截面的圆柱形导体，并在每层导体绞合后都要进行紧压，来减少绞合导体内圆单线之间的空隙，缩小绞合导体的直径，以节省导体外部结构所用材料的用量。但是，因上述电缆的导体内设置通道后就不能紧压，故使得导体外径进一步扩大，增加了导体消耗。电缆的导体制造是电缆制造的第一道工序，由于导体的结构改变，所以使得后续每一道工序的制造工艺都得改变；如导体外径增大后，为保证其绝缘厚度不变，绝缘外径也要增加；后续的金属护套、塑料护套的外径都要增加。这样不仅使得电缆材料的结构用量增加，加大了电缆的制造成本，而且加光纤与不加光纤的电缆不能用同一绞线工艺生产，设备利用率差，作业效率也低。另外，交联聚乙烯绝缘料挤出后进入交联管进行的交联温度为300℃，交联管一般为垂直或悬垂向下设置，设置在导管内层的塑料将融化沿着导管向下流淌堵塞下端导管；由于电缆外径的增大，与该电缆线路连接的连接盒、终端及与其配合的相应部件的尺寸都要改变。因此，迄今为止未见加工出具有不设通道结构的在缆芯导体的中心设置测温光纤的高压电力电缆及这种高压电力电缆的应用的报导。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合电力电缆导体中心绞合光纤的方法，它解决了本领域技术人员一直想解决而始终未能解决的光纤置于电缆导体中心的难题，其工艺流程简单，在不改变现有制造电缆工艺流程的基础上，成功地将带有不锈钢护套的光纤一同绞入缆芯的导体中心，制成的导体中心设置光纤的复合电力电缆的结构合理，光纤能沿轴向自由地移动，不仅能可靠地满足确保整个电力电缆线路安全运行的在线实时温度检测、老化监测、实时故障监测预警的自动监控要求，而且在不改变现有电缆相关的连接部件结构的条件下进行安装，可以显著提高施工作业效率，降低施工成本。
本发明所采用的技术方案是：该复合电力电缆导体中心绞合光纤的方法的技术要点是包括以下操作步骤：
首先利用现有框式绞线机绞合并通过扇形压模，将圆铜单线绞合紧压成型为4-6个形状相同的扇形导体单元；
其次将紧压成型的相邻的两个所述扇形导体单元之间用绝缘纸带隔开，再把用绝缘纸带隔开的所述扇形导体单元绞合成圆形分割导体，与此同时把带不锈钢护套的光纤一起绞入所述圆形分割导体中心围成的有固定形状的空间内，并使所述带不锈钢护套的光纤在所述空间内沿其轴向自由地移动；
最后在所述圆形分割导体的外周依次设置半导电屏蔽层、交联聚乙烯绝缘体、绝缘半导电屏蔽层、金属护套和塑料护套，即制成导体中心设置光纤的复合电力电缆。
所述圆形分割导体的中心空间内的所述不锈钢护套内至少放置一根测量所述导体中心设置光纤的复合电力电缆的导体温度变化的光纤。
所述圆形分割导体中心空间内的带不锈钢护套的光纤，在相互连接的两段相邻的所述导体中心设置光纤的复合电力电缆之间设置的导体连接管的端部，两个相邻扇形单元之间引出，在所述导体连接管外进行熔接。
所述圆形分割导体中心空间内的带不锈钢护套的光纤在所述导体中心设置光纤的复合电力电缆与电气设备连接时，在所述导体中心设置光纤的复合电力电缆终端设置的导体引出棒的下端、所述圆形分割导体中心的空间内，两个相邻扇形单元的之间引出，从高电位引到地点位，再从绝缘套管内引到所述终端外面，与所述电气设备的温度控制箱的光纤连接。
本发明方法制造出的导体中心设置光纤的复合电力电缆，其技术要点是：所述导体中心设置光纤的复合电力电缆采用分割导体结构，它包括将圆形导体分割成形状相同的所述扇形导体单元，绞合围绕成的圆形分割导体中相邻的两个所述扇形导体单元之间用绝缘隔层隔开，带不锈钢护套的光纤置入所述圆形分割导体中心围成的有固定形状的空间内，在之后的电缆制造的所有各个工序、出厂试验及电缆在施工现场铺设的过程中，所述空间都不会改变或变形。
本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明方法是利用现有框式绞线机绞合并通过扇形压模，将形状相同的扇形导体单元绞合成圆形分割导体，与此同时，把带不锈钢护套的光纤一起绞入圆形分割导体中心围成的有固定形状的空间内，并使光纤在该空间内沿其轴向自由地移动，所以其工艺流程简单，在不改变现有制造电缆工艺流程的基础上，成功地将带有不锈钢护套的光纤一同绞入缆芯的导体中心，使制造出的导体中心设置光纤的复合电力电缆的结构合理，能满足确保整个电力电缆线路安全运行的在线实时温度监测、老化监测、实时故障监测预警等自动监控要求，可以延缓电缆老化速度，最大限度的发挥电缆的传输能力。因此，它解决了本领域技术人员一直想解决而始终未能解决的光纤置于电缆导体中心的难题。另外，因绞合在复合电力电缆导体中心的光纤可以在该导体中心的预留空间内沿其轴向自由地移动，故可以在不改变现有电缆的相关连接部件结构的条件下进行安装，很容易地使该两段导体中心设置光纤的复合电力电缆通过相应的连接盒的导体连接管外连接在一起或通过相应的户外终端箱或GIS终端箱，把设置在导体中心预留空间内的处在高电位的光纤引到地电位，并从终端绝缘套管内引到终端外面，与电气设备的温度控制箱的光纤连接，可以显著提高施工作业效率，降低施工成本。正因为如此，所以本发明很容易推广应用。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1是本发明制出的导体中心设置光纤的复合电力电缆的截面图。
图2是图1中的圆形分割导体及设置其中心带不锈钢护套的光纤的放大截面图。
图中序号说明：1扇形导体单元、2绝缘隔层、3半导电屏蔽层、4交联聚乙烯绝缘体、5绝缘半导电屏蔽层、6金属护套、7塑料外护套、8带不锈钢护套的光纤。
具体实施方式
根据图1～2详细说明本发明的具体结构。该复合电力电缆的导体中心绞合光纤的方法由于是采用现有的设备和常用的电缆绞合工艺，所以能很容易加工出符合现有超高压交联聚乙烯绝缘电力电缆标准规定的产品。简单地说就是本发明方法制造出的截面超过800平方毫米的导体中心设置光纤的复合电力电缆采用分割导体结构。它包括将圆形导体分割成4-6个形状相同的扇形导体单元1，绞合围绕成的圆形分割导体中相邻的两个扇形导体单元1之间用绝缘隔层2隔开，同时把带不锈钢护套的光纤8一起绞入圆形分割导体中心围成的有固定形状的空间内。在圆形分割导体的中心自动形成一个近似4-6边形的固定空间。这个多边形空间的有效内切圆的直径大约可达3-4毫米(见图2)，在之后的电缆制造的所有其它各个工序、出厂试验及电缆在施工现场铺设的过程中，该导体中心设置光纤的复合电力电缆的空间都不会改变或变形。
本发明复合电力电缆导体中心绞合光纤的方法详细地说包括以下操作步骤：
首先利用现有框式绞线机绞合并通过扇形压模，将直径2-4毫米的圆铜单线绞合紧压成型为4-6个形状相同的横截面呈扇形的导体单元1。
其次将上述紧压成型的相邻的两个扇形导体单元1之间用绝缘隔层2隔开，再把用绝缘隔层2隔开的扇形导体单元1在盘式绞线机上绞合成圆形分割导体。
绞合圆形分割导体的具体方法如下：在盘式绞线机上设置需要数量的放线架，分两排顺序排列；与成型模装置的中心线呈一定角度；每个放线架带有绝缘隔离纸带盘；依次放置的是成型模装置、可旋转的收线架、包带装置。成型模装置的前部为喇叭口型，后部为圆柱形。缠绕扇形导体单元1的相应承线盘放在两边按顺序排列的放线架上。缠绕带不锈钢护套的光纤承线盘放在两排放线架中间的固定放线架上。缠绕扇形导体单元1的承线盘的放线架可按一定角度转动，使每个扇形导体单元1进入圆形成型模时都是尖端向内，圆弧面向外，缠绕带不锈钢护套的光纤8承线盘放在圆形成型模装置的前面，光纤承线盘、导线轮、导引芯棒与成型模的中心在一条直线上。导线轮上边缘的承线槽、导引芯棒与成型模同心，导引芯棒是空心的，前端为锥形，带不锈钢护套的光纤8从导引芯棒中心穿过。收线架按扇形导体单元1设定的绞合节距横向旋转，收线架上的收线盘则按设定的线速度纵向旋转牵引扇形导体单元1和带不锈钢护套的光纤8通过导线轮、导引芯棒进入圆形成型模，绞合成圆形分割导体。锥形的前端进入到圆形成型模喇叭口内至圆柱形的边缘，使扇形导体单元1在形成圆形分割导体时，中间的空隙形成了同一尺寸和结构形状固定的空间，与此同时，把带不锈钢护套的光纤8一起绞入圆形分割导体中心围成的有固定形状的空间内，除能避免被夹在两扇形导体单元1的缝隙中而损坏，还能使带不锈钢护套的光纤8在上述空间内沿其轴向自由地移动。常用的2芯或4芯光纤的不锈钢护套直径为1.5-2毫米，放入这个有固定形状的空间内不会受到挤压或损坏。在上述圆形分割导体的中心空间内的不锈钢护套内，至少可以放置一根可以测量交联聚乙烯绝缘电力电缆导体温度变化的光纤。
最后按通常制造电缆的后续工序，利用包带装置在圆形分割导体的外周依次设置半导电屏蔽层3、交联聚乙烯绝缘体4、绝缘半导电屏蔽层5、金属护套6和塑料外护套7，即制成导体中心设置光纤的复合电力电缆。
由于本发明采用的是在上述特有的圆形分割导体中心空间内设置带不锈钢护套的光纤8，使光纤在该空间内沿其轴向自由地移动，所以可将光纤在相互连接的两段相邻的导体中心设置光纤的电力电缆之间设置的连接盒的导体连接管的端部，两个相邻扇形导体单元1之间引出，在导体连接管外方便地进行熔接。另外，也可以使圆形分割导体中心空间内的带不锈钢护套的光纤8在上述结构的导体中心设置光纤的复合电力电缆与电气设备连接时，在该电力电缆户外终端或GIS终端设置的导体引出棒的下端、两个相邻扇形导体单元之间引出，从高电位引到地点位，再从绝缘套管内引到户外终端或GIS终端外面，与电气设备的温度控制箱的光纤连接。
Claims (5)
1.一种复合电力电缆的导体中心绞合光纤的方法，其特征在于：包括以下操作步骤：首先利用现有框式绞线机绞合并通过扇形压模，将圆铜单线绞合紧压成型为4-6个形状相同的横截面呈扇形的导体单元；
其次将紧压成型的相邻的两个所述扇形导体单元之间用绝缘纸带隔开，再把用绝缘纸带隔开的所述扇形导体单元绞合成圆形分割导体，与此同时把带不锈钢护套的光纤一起绞入所述圆形分割导体中心围成的有固定形状的空间内，并使所述带不锈钢护套的光纤在所述空间内沿其轴向自由地移动；
最后在所述圆形分割导体的外周依次设置半导电屏蔽层、交联聚乙烯绝缘体、绝缘半导电屏蔽层、金属护套和塑料护套，即制成导体中心设置光纤的复合电力电缆。
2.根据权利要求1所述的复合电力电缆的导体中心绞合光纤的方法，其特征在于：所述圆形分割导体的中心空间内的所述不锈钢护套内至少放置一根测量所述导体中心设置光纤的复合电力电缆的导体温度变化的光纤。
3.根据权利要求1所述的复合电力电缆的导体中心绞合光纤的方法，其特征在于：所述圆形分割导体中心空间内的带不锈钢护套的光纤，在相互连接的两段相邻的所述导体中心设置光纤的复合电力电缆之间设置的导体连接管的端部，两个相邻扇形导体单元之间引出，在所述导体连接管外进行熔接。
4.根据权利要求1所述的复合电力电缆的导体中心绞合光纤的方法，其特征在于：所述圆形分割导体中心空间内的带不锈钢护套的光纤在所述导体中心设置光纤的复合电力电缆与电气设备连接时，在所述导体中心设置光纤的复合电力电缆终端设置的导体引出棒的下端、两个相邻扇形导体单元之间引出，从高电位引到地点位，再从绝缘套管内引到所述终端外面，与所述电气设备的温度控制箱的光纤连接。
5.一种根据权利要求1所述的复合电力电缆的导体中心绞合光纤的方法制造出的导体中心设置光纤的复合电力电缆，其特征在于：所述导体中心设置光纤的复合电力电缆采用分割导体结构，它包括将圆形导体分割成形状相同的所述扇形导体单元，绞合围绕成的圆形分割导体中相邻的两个所述扇形导体单元之间用绝缘隔层隔开，带不锈钢护套的光纤置入所述圆形分割导体中心围成的有固定形状的空间内，在之后的电缆制造的所有各个工序、出厂试验及电缆在施工现场铺设的过程中，所述空间都不会改变或变形。
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